Методы дистанционного контроля накопления и удаления изотопов водорода из стенок термоядерных установок

В настоящее время идет строительство международного термоядерного экспериментального реактора ИТЭР, также в различных странах ведутся активные работы по разработке демонстрационныхреакторов (ДЕМО). В России активно обсуждается разработка гибридных термоядерных реакторов и источников нейтронов. Основные отличия термоядерных установок нового поколения – большая мощность и длительность разрядов, работа с радиоактивным тритием, производство высокоэнергетичных нейтронов и частиц гелия в ходе DT- реакции. Эти особенности требуют уточненных данных о поведении изотопов водорода в этих условиях, а также разработки дистанционных методов контроля их накопления в установках. В настоящее время доля изотопов водорода, поглощенных в стенке термоядерных установок, определяется из баланса напускаемого и откачиваемого рабочего газа, а также путем анализа содержания газа в отдельных элементах стенки, извлеченных после завершения экспериментальной кампании. При этом в мире не разработано действующих систем локального дистанционного измерения содержания термоядерного топлива в стенках термоядерных установок. Активно рассматривается возможность использования лазерного излучения для этих целей, под действием которого в зависимости от мощности излученияпроисходит либо десорбция захваченного газа, либо абляция поверхностного слоя. Разработка дистанционных методов контроля на основе лазерного излучения признана одной из приоритетных задач ИТЭР на ближайшие годы. Основные механизмы накопления изотопов водорода в термоядерных установках – это со-осаждение с распыленным материалов стенки в зонах преимущественного осаждения и накопление в объеме материала, которое может вносить большой вклад при наличии высокой концентрации радиационных дефектов, создаваемых высокоэнергетичными нейтронами. В рамках данного проекта будут исследованы особенности обоих случаев, а также возможность дистанционного контроля накопления изотопов водорода для них. Детальное экспериментальное и теоретическое исследование механизмов захвата и десорбции изотопов водорода из облученных материалов и переосажденных слоев позволит обоснованно выбрать параметры лазерного излучения для диагностики материалов, а также создать компьютерные коды для количественной интерпретации данных. Основная часть экспериментов будет проводиться с перспективными радиационно-стойкими сталями и материалами на основе вольфрама с оксидным упрочнением, которые разрабатываются для использования в ИТЭР и будущих демонстрационных реакторах. Будут также исследоваться перспективные материалы (самопассивируемые сплавы W-Y- Cr, вольфрамовые композиты), разрабатываемые Научным центром Юлих (Германия). Дополнительно будут проводиться эксперименты с модельными материалами (алюминий, молибдени др.) для выявления фундаментальных закономерностей захвата и десорбции водорода. Ключевымпартнером в выполнении проекта является ЦКП «Материаловедение и диагностика в передовыхтехнологиях» (ФТИ им. А.Ф. Иоффе), где находится новейший в России токамак Глобус-М2, а такжекомплекс лазерного оборудования и специалисты в области лазерной диагностики плазмы. Крометого, в МИФИ создается малый учебно-демонстрационный сферический токамак удобный дляпредварительной отработки методик, планируемых для применения на токамаке Глобус -2М.Облучение материалов тяжелыми ионами МэВных энергий и оборудование для детальнойхарактеризации радиационных повреждений будет проводиться в ЦКП КАМИКС (ИТЭФ).Всесторонний анализ исследуемых материалов будет проводиться в сотрудничестве с ЦКП«Гетероструктурная СВЧ-электроника и физика широкозонных полупроводников», «Протеомчеловека», «Физические методы исследования».Цель работы - Разработка методов дистанционного контроля накопления и удаления изотопов водорода из стенок термоядерных установок и их применение для совершенствования параметров разрабатываемых термоядерных реакторов.